一种基于测定人流量的路灯系统的制作方法

本发明涉及路灯照明的智能控制技术领域，具体地说是一种基于测定人流量的路灯系统。

背景技术：

目前大部分的路灯都采用统一开关的控制方式，这样在夜间无论是否有人车通过，路灯都一直保持常亮状态，包括在交通忙闲明显区分的偏僻地区以及人车流量相对较少的夜间，这种常亮状态必然造成了能源的严重浪费，其不合理性明显凸现。路灯照明的目标服务对象是行人，当道路上有行人且行人较多时，照明应当充足，而当道路上有行人但比较稀少时，可适当降低路灯照明亮度，在当道路上没有行人时，可将亮度降低到最低，从而让有限的光亮服务更多的人。现有市场上的控制器比较简单，有些控制路灯整夜以同一亮度照明，有些则提供照明一定时间后关灯，以图省电，这些控制不够人性化和合理化。将路灯完全关断后，道路黑暗，对道路安全更是不利。无路灯照明与光线不足是两个完全不同的概念，前者会导致行人无法看到道路和障碍物，后者可以使行人能看到道路和障碍物，基本可保证行人安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于测定人流量的路灯系统，通过该系统对LED路灯的亮灭进行智能化控制，从而不仅能够起到节约电能的作用，避免能源浪费，同时也能有效确保道路行人的交通安全。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种基于测定人流量的路灯系统，包括若干组LED路灯照明系统和设置在每组LED路灯照明系统上人流量检测器，每组LED路灯照明系统包括多个子LED路灯系统，每个子LED路灯系统包括路灯杆、LED灯头、太阳能电池板、供电锂电池组件、智能控制器，所述LED灯头可拆卸安装在路灯杆上部，所述太阳能电池板倾斜安装在路灯杆的顶部，所述供电锂电池组件和智能控制器均设置在太阳能电池板的背面；所述人流量检测器设置在任一个子LED路灯系统的灯杆上，所述人流量检测器包括红外探测器和人流量处理器，所述红外探测器与人流量处理器通过导线相连，所述人流量处理器通过ZigBee无线网络连接位于同一组LED路灯照明系统中的所有智能控制器；所述LED灯头、太阳能电池板和供电锂电池组件均与智能控制器相连，所述智能控制器包括控制主板、电池板管理模块、锂电池管理模块、LED照明驱动模块和ZigBee通信模块，所述电池板管理模块、锂电池管理模块和LED照明驱动模块均与控制主板相连，所述LED照明驱动模块与ZigBee通信模块相连。

作为本发明的一种改进， 所述供电锂电池组件包括封装壳体和设置在封装壳体内部的电池保护板和保温锂电池组，所述保温锂电池组包括保温层和锂电池包，所述保温层包裹住整个锂电池包，所述锂电池包包括热缩套和设置在热缩套内部的锂电池组、恒温控制板、发热板和导热铝板，所述导热铝板与锂电池组的多个侧面贴附接触，所述恒温控制板紧贴锂电池组的表面并远离导热铝板，所述发热板贴附在导热铝板的表面，所述锂电池组和恒温控制板均通过导线连接电池保护板。

作为本发明的一种改进，所述恒温控制板包括一组贴片式温度传感器和加热控制电路，所述发热板是一种PTC恒温发热元件，所述贴片式温度传感器设置在恒温控制板上，并与锂电池组相接触，所述PTC恒温发热元件与导热铝板间贴附接触并传热，PTC恒温发热元件与恒温控制板通过导线相连接。

作为本发明的一种改进，所述锂电池管理模块包括电池组智能充放电单元、电池组电压均衡单元、电池组状态监测单元和电流检测单元，所述电池保护板包括过压保护单元、欠压保护单元、充电涓流保护单元、防反接保护单元、过温保护单元、低温保护单元、过放保护单元和过充保护单元，所述电池组电压均衡单元中设有多个电压均衡芯片、分流放电支路电阻和与分流放电支路电阻串联的分流放电支路控制开关器件，所述电池组智能充放电单元中设有具有PWM控制端口的PIC芯片、充电控制开关器件和放电控制开关器件，所述过压保护单元采用TI 的二级过压保护芯片，所述电流检测单元中设有电流传感器芯片，所述过温保护单元中设有温度传感器。

作为本发明的一种改进，所述锂电池组采用若干节锂电池串联组成，所述分流放电支路控制开关器件采用N沟道MOS管，所述充电控制开关器件采用PNP三极管，所述放电控制开关器件采用Ｎ沟道MOS管；所述电压均衡芯片的型号为S8209A，所述充电控制开关器件连接电压均衡芯片的CO管脚，所述放电控制开关器件连接电压均衡芯片的DO管脚，所述分流放电支路控制开关器件连接电压均衡芯片的CB管脚，所述分流放电支路电阻连接在N沟道MOS管的漏极端。

作为本发明的一种改进，所述电池板管理模块包括电池板电压检测单元、温度补偿单元、电池板汇流电流检测单元、实时转换效率检测单元、防雷击保护单元和防反充保护单元，所述电池板电压检测单元采用MOS场效应管和取样电阻构成的电压检测电路，用于判断外部环境的亮度，以确定白天与黑夜；所述LED照明驱动模块包括PWM调光控制单元、升压恒流驱动单元和亮灯开关电路，所述亮灯开关电路与ZigBee通信模块相连。

作为本发明的一种改进， 每组LED路灯照明系统包括3-5个子LED路灯系统，相邻的两个子LED路灯系统中路灯杆的距离为25-30m，所述路灯杆上在距离地面0.5-1m的部位开设有U形凹槽，所述人流量检测器固定安装在U形凹槽中，并且保证所述红外探测器所发射的红外线与路灯杆的中轴线相垂直。

作为本发明的一种改进，所述太阳能电池板在路灯杆上的安装平面与水平地面间的倾斜夹角为30°～60°，该倾斜夹角可根据路灯杆所处的当地纬度进行微调，以实现太阳能电池板的全年发电量最大化。

作为本发明的一种改进，所述红外探测器采用具有双光路的主动式红外探测器，位于双光路中的红外光源采用红外半导体激光器，另外，所述主动式红外探测器的最短遮光时间选用15ms，当遮光时间小于15ms时，红外探测器不产生人流量信号，而当遮光时间大于15ms时，红外探测器向人流量处理器发送人流量信号；所述人流量处理器包括AD转换单元、滤波处理单元、信号放大单元、ZigBee信号生成单元、ZigBee信号发射单元和供电单元。

作为本发明的一种改进，所述控制主板采用PIC主控芯片，所述PIC主控芯片上设置有多种亮灯模式，所述亮灯模式至少包括调光模式、开关模式和渐变模式，根据亮灯时间段内的人流量信号频率，PIC主控芯片控制LED灯头在多种亮灯模式之间进行切换。

相对于现有技术，本发明的优点如下：整个系统的结构设计巧妙，拆卸组装维修更换方便，可扩展性好，成本较低，可有效实现LED路灯照明的智能化、人性化和低能耗控制；在系统中对LED灯头的亮灭与调光控制上采用灯与人流量的联动方式，并且根据亮灯时间段内的人流量信号频率，智能控制器中的PIC主控芯片控制LED灯头在包含调光模式、开关模式和渐变模式的多种亮灯模式之间进行切换，可做到深夜时段有人灯亮、无人灯灭的亮灯照明功能，从而有效节约电能并在一定程度上延长路灯的使用寿命，并能使得人们始终能感受到明亮的道路环境，充分满足了人们的照明需求。由于系统中的人流检测器几乎是等间隔设置，并且在人流检测器中采用双光路的主动式红外探测器，抗干扰及防误报能力强且检测灵敏度及精度高，可有效准确检测人流量信号，并将人流量信号采用ZigBee无线网络进行实时传送至各子LED路灯系统中，具有信号传输时效好、功耗低、成本低、易于实现、抗干扰能力强以及传输可靠性高等特点。另外在LED照明驱动模块的亮灯开关电路中设定了开关的延迟时间，从而对LED灯头实现延迟关断的功能，可在一定程度上延长LED灯头的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的LED路灯智能控制系统结构示意图。

图2为本发明的子LED路灯系统结构示意图。

图3为本发明的系统中供电锂电池组件的结构示意图。

图4为本发明的系统中保温锂电池组的结构示意图。

图5为本发明的本发明优选实施例的电池组电压均衡单元电路图。

图中：1-封装壳体，2-电池保护板，3-智能控制盒，4-保温锂电池组，5-保险丝，6-电源线缆和控制线缆，7-保温层，8-热缩套，9-发热板，10-导热铝板，11-锂电池组，12-恒温控制板，13-贴片式温度传感器。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

一种基于测定人流量的路灯系统，参见图1-2，包括若干组LED路灯照明系统和设置在每组LED路灯照明系统上人流量检测器，所述LED路灯照明系统的组数由道路的总长度决定，相邻两组的LED路灯照明系统进行通信连接，从而进行人流量信号的传递。每组LED路灯照明系统包括多个子LED路灯系统，每个子LED路灯系统包括路灯杆、LED灯头、太阳能电池板、供电锂电池组件、智能控制器。其中，所述LED灯头可拆卸安装在路灯杆上部，所述太阳能电池板倾斜安装在路灯杆的顶部，所述供电锂电池组件和智能控制器均设置在太阳能电池板的背面。所述人流量检测器设置在任一个子LED路灯系统的灯杆上，所述人流量检测器包括红外探测器和人流量处理器，所述红外探测器与人流量处理器通过导线相连，所述人流量处理器通过ZigBee无线网络连接位于同一组LED路灯照明系统中的所有智能控制器。所述LED灯头、太阳能电池板和供电锂电池组件均与智能控制器相连，其中，所述LED灯组也通过电源线缆和控制线缆6连接智能控制器，所述智能控制器包括控制主板、电池板管理模块、锂电池管理模块、LED照明驱动模块和ZigBee通信模块，所述电池板管理模块、锂电池管理模块和LED照明驱动模块均与控制主板相连，所述LED照明驱动模块与ZigBee通信模块相连。

其中，参见图3和4所示，所述供电锂电池组件包括封装壳体和设置在封装壳体内部的电池保护板和保温锂电池组，另外，为了安装及管理方便，将智能控制器也设置在供电锂电池组件的封装壳体内部，所述智能控制器、电池保护板2和保温锂电池组4依次电连接，并在智能控制器、电池保护板2和保温锂电池组4之间还设有保险丝5。所述保温锂电池组4包括保温层7和锂电池包，所述保温层7包裹住整个锂电池包，所述锂电池包包括热缩套8和设置在热缩套8内部的锂电池组11、恒温控制板12、发热板9和导热铝板10，所述导热铝板10与锂电池组11的多个侧面贴附接触，用于对锂电池组11实现大面积接触传热，保证锂电池组11在设定的某一温度及以上工作。所述恒温控制板12紧贴锂电池组11的表面，并远离导热铝板10（即恒温控制板12紧贴在锂电池组11上的未设置导热铝板10的面上），使得保温层7内部温度维持在8℃左右，由于导热铝板10的温度非常不稳定，因此为了确保恒温控制板12的感温稳定性，需要将恒温控制板12远离导热铝板10，以避免导热铝板10对恒温控制板12的影响。所述发热板9贴附在导热铝板10的表面，用于向导热铝板10传导热量。所述锂电池组11和恒温控制板12均通过导线连接电池保护板2。

优选实施例中，所述封装壳体1采用PC+ABS工程塑料合金（即ABS工程塑料）制成，具有优良的耐热耐候性、尺寸稳定性、耐酸碱性、防水防潮性、防腐性和耐冲击性能。所述盒体采用铝材制成，从而对智能控制器起到散热保护的作用，并且在智能控制器与盒体内腔的空隙中填充灌封胶，以防静电。所述保温层7采用聚四氟乙烯泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料制成，厚度在1-5cm，保温隔热效果好，可有效减缓低温环境下锂电池组的热量散失。

所述发热板9是一种PTC恒温发热元件，其外部包裹有一层导热铝壳，起到保护和快速导热的作用；所述PTC恒温发热元件与导热铝板10间贴附接触并传热，PTC恒温发热元件与恒温控制板12通过导线相连接。在中小功率加热场合，PTC恒温发热元件具有恒温发热、热转换率高、自然寿命长以及不受电源电压影响等优点，其原理是PTC热敏电阻加点后自热升温使阻值进入跃变区，恒温加热PTC热敏电阻表面温度将保持恒定值，且温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关，而与环境温度无关。因此，使用PTC恒温发热元件即便加热控制电路因失控而不间断给其供电，其也只能升高至上限温度（通常不高于60度），从而可有效防止其对锂电池组的损坏和意外事故的发生。所述恒温控制板12包括一组贴片式温度传感器13（优选实施例中采用贴片式热敏电阻）和加热控制电路，所述贴片式温度传感器13设置在恒温控制板12上，并与锂电池组11相接触，用于感应锂电池组11的温度并将信号反馈给加热控制电路，所述加热控制电路控制PTC恒温发热元件的通断。所述加热控制电路是由场效应管和比较放大器组成的开关控制电路，当贴片式温度传感器13所感知的温度低于设定的温度后，开关控制电路中的比较放大器输出增大，导通场效应管，从而启动PTC恒温发热元件对发热板9加热。

另外，所述导热铝板10围绕电池组四周缠绕一圈，具体是将导热铝板10制成具有四个板面的铝制无缝焊接板框，然后将所述导热铝板10套设在所述锂电池组上，并且让导热铝板10的四个板面与锂电池组的相邻四个侧壁紧密贴附，锂电池组的整体形状为矩形。为了实现高导热效率，所述发热板9外部的导热铝壳与导热铝板10的大面积板面一侧相贴附，通过铝壳与铝板的直接接触进行热量传导，具有传热快且传热均匀的优点，可对整个锂电池组实现均匀的加热和保温效果。另外，将发热板9上的导热铝壳的面积设置为导热铝板10的大面积板面面积的2/3-4/5，在防止发热板9发生短路的前提下尽量增大导热铝壳与导热铝板10的接触面积，从而可提高传热效率。

所述锂电池管理模块包括电池组智能充放电单元、电池组电压均衡单元、电池组状态监测单元和电流检测单元，所述电池保护板包括过压保护单元、欠压保护单元、充电涓流保护单元、防反接保护单元、过温保护单元、低温保护单元、过放保护单元和过充保护单元，所述电池组电压均衡单元中设有多个电压均衡芯片、分流放电支路电阻和与分流放电支路电阻串联的分流放电支路控制开关器件，所述电池组智能充放电单元中设有具有PWM控制端口的PIC芯片、充电控制开关器件和放电控制开关器件，所述过压保护单元采用TI 的二级过压保护芯片，所述电流检测单元中设有电流传感器芯片，优选的，所述电流传感器芯片为MAX472ESA芯片。所述过温保护单元中设有温度传感器，优选的，所述温度传感器采用DS18B20。所述电池组状态监测单元可读取每节锂电池的电压，并将该电压参数传送给控制主板进行处理，所述电流检测单元既能检测充放电电流，也能够实现累计电量的功能，从而记录流入锂电池组或流出锂电池组的电量。

所述锂电池组采用若干节锂电池串联组成，所述分流放电支路控制开关器件采用N沟道MOS管，所述充电控制开关器件采用PNP三极管，所述放电控制开关器件采用Ｎ沟道MOS管；所述电压均衡芯片的型号为S8209A，所述充电控制开关器件连接电压均衡芯片的CO管脚，所述放电控制开关器件连接电压均衡芯片的DO管脚，所述分流放电支路控制开关器件连接电压均衡芯片的CB管脚，所述分流放电支路电阻连接在N沟道MOS管的漏极端。参见图5，优选实施例中给出了4组串联连接的电压均衡芯片分别对4节串联连接的18650锂电池进行均衡充放电控制，在当单节18650锂电池的电压达到电压均衡芯片内部的均衡开启阈值时，芯片的CB管脚输出高电平，作为分流放电支路控制开关器件的N沟道MOS管（Q1/Q2/Q5/Q6）导通，从而通过作为分流放电支路电阻R12/R14/R16/R24的自发热消耗电池多余的电量，让锂电池组电池电量实现均衡，此均衡法为能量消耗法，可保证每节锂电池的电压及容量的一致性。在电压均衡芯片S8209A中，CTLC管脚为充电用控制端子，CTLD管脚为放电用控制端子，VDD管脚为（正电源输入端子）电池的正电压连接端子，VSS管脚（负电源输入端子）电池的负电压连接端子，CDT管脚为过充电检测延迟、过放电检测延迟用的电容连接端子，DO管脚为放电控制用输出端子，CO管脚为充电控制用输出端子，CB管脚为电量平衡控制用输出端子。在每个电压均衡芯片的CO管脚上还设有二极管、三极管和MOS管，其中，三极管可在当电池过压时，切断对锂电池的充电，二极管一方面用于充电，另一方面可有效防止电流倒流入太阳能电池板，MOS管可在充电电流较大时打开，从而减小充电回路的损耗。

所述电池板管理模块包括电池板电压检测单元、温度补偿单元、电池板汇流电流检测单元、实时转换效率检测单元、防雷击保护单元和防反充保护单元，所述电池板电压检测单元采用MOS场效应管和取样电阻构成的电压检测电路，用于判断外部环境的亮度，以确定白天与黑夜，从而为锂电池组的充放电控制以及LED灯头的亮灭控制提供辅助依据。所述LED照明驱动模块包括PWM调光控制单元、升压恒流驱动单元和亮灯开关电路，所述亮灯开关电路与ZigBee通信模块相连。

每组LED路灯照明系统包括3-5个子LED路灯系统，相邻的两个子LED路灯系统中路灯杆的距离为25-30m，所述路灯杆上在距离地面0.5-1m的部位开设有U形凹槽，所述人流量检测器固定安装在U形凹槽中，并且保证所述红外探测器所发射的红外线与路灯杆的中轴线相垂直。以能够实现对道路的人流量进行精准检测和捕捉，从而为LED灯头的亮灭控制提供必要的控制信号。

所述太阳能电池板在路灯杆上的安装平面与水平地面间的倾斜夹角为30°～60°，该倾斜夹角可根据路灯杆所处的当地纬度进行微调，以实现太阳能电池板的全年发电量最大化，并保证在光照微弱的冬季（一年中太阳辐射最差的情况）太阳能电池板具有较好的充电量，确保太阳能路灯仍能正常工作，从而有效改善太阳能路灯全年工作的可靠性。

所述红外探测器采用具有双光路的主动式红外探测器，从而具有较高的抗干扰和防误报的能力，位于双光路中的红外光源采用红外半导体激光器，与一般的红外光源相比，具有亮灯高、单色性好、方向性好、穿透力强、有效探测距离远等优点，从而确保红外探测器在恶劣的气候条件下仍能正常工作并具有良好的测量精度。另外，所述主动式红外探测器的最短遮光时间选用15ms，当遮光时间小于15ms时，红外探测器不产生人流量信号，而当遮光时间大于15ms时，红外探测器向人流量处理器发送人流量信号，从而避免引起不必要的噪声干扰或漏报。所述人流量处理器包括AD转换单元、滤波处理单元、信号放大单元、ZigBee信号生成单元、ZigBee信号发射单元和供电单元，这些单元均采用现有的电路模块实现。

所述控制主板采用PIC主控芯片，所述PIC主控芯片上设置有多种亮灯模式，所述亮灯模式至少包括调光模式、开关模式和渐变模式，根据亮灯时间段内的人流量信号频率，PIC主控芯片控制LED灯头在多种亮灯模式之间进行切换。由于不同地区，人们生活的习惯不同，不同时段人们活动的规律（即人流量）也不同，因此，将整夜的时间按照人们活动的频率高低进行分段，在人活动频率高（即人流量大）时，为LED灯头提供开关模式，而在人活动频率低（即人流量小）时为LED灯头提供调光模式或渐变模式，其中在调光模式或渐变模式中，按照预先设置的亮灯曲线进行亮灯，这样不仅能够满足人们的照明需求，也有效节约了电能。至于时段划分的方式或亮灯曲线的配置方式可根据用户决策表配置产生，用户决策表一般是根据当地特点制定的参数表格。另外，在渐变模式中，为了避免瞬间开关对LED灯头使用寿命的影响，在亮灯开关电路中设定了开关的延迟时间，从而对LED灯头实现延迟关断的功能。采用本系统可做到深夜时段有人灯亮、无人灯灭的亮灯照明功能，从而有效节约电能并在一定程度上延长路灯的使用寿命。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。